Het DNA-scharnier blijkt ook echt te werken. Links een beeldje uit de TEM-video (afb: OSU)
Onderzoekers van de universiteit van Ohio hebben met behulp van natuurlijke en synthetische stukjes DNA nanomachientjes gebouwd die ook echt schijnen te werken. “De natuur maakt gebruik van ontzettend ingewikkelde moleculaire machines op nanoschaal en een belangrijk doel van de bionanotechnologie is de functie daarvan na te bouwen”, zegt onderzoeker Carlos Castro, een werktuigbouwkundige en ruimtevaartingenieur. Hij en zijn medeonderzoekers namen de klassieke werktuigbouw als inspiratiebron.
Volgens Castro proberen de meeste onderzoekers die functionaliteit na te bootsen door het biologische systeem na te bouwen. “We hebben besloten ons te richten op de machinebouw. In feite bouwen we een biomoleculair systeem dat geïnspireerd is op de macroscopische techniek met als doel moleculaire machines te ontwikkelen.” Het idee is dan om dingen te ontwikkelen als nanorobots, die medicijnen in het lichaam kunnen afleveren of die in het lichaam metingen verrichten. “Ik denk aan nanomachines om signalen te meten zoals de binding van een biomolecuul, die vervolgens die informatie verwerken en aan de hand daarvan reageren, bijvoorbeeld door een kracht uit te oefenen.”
DNA-origami, dat woord is afkomstig als aanduiding van de Japanse papiervouwkunst, staat al sedert 2006 op het wetenschappelijke menu voor van alles en nog wat. Daar zijn wetenschappers al vrij bedreven in. De resulterende structuur van al dat gefrutsel met DNA-strengen moet natuurlijk wel stabiel zijn, anders heb je er weinig aan.
Volgens Castro zijn er twee zaken die bij zijn ‘macroscopische’ benadering cruciaal zijn. De eerste is om sommige onderdelen van de machine flexibel te maken. Dat doet hij met enkelstrengig DNA. Voor de stijve onderdelen gebruikt hij dubbelstrengig DNA. De ander kwestie is het reversibel en herhaalbaar maken van de bewegingen van de molmachine. Daarvoor gebruiken hij kunstmatig DNA, dat aan de structuur wordt opgehangen als klimop aan een muur. In plaats van delen van de molmachine aan elkaar te klinken, zorgen deze ‘losse eindjes’ voor de beweging: vast of los, afhankelijk van chemische signalen in de omgeving.
Zo maakten de onderzoekers uitgaande van het DNA van een bacterie-etend virus (een bacteriofaag) een soort scharnier. Ze bouwden met DNA ook een zuiger en een cylinder. Om te kijken of hun molmachines ook werkten maakten ze gebruik van een transmissie-elektronenmicroscoop. Om het te kunnen volgen hadden ze het DNA ‘versierd’ met fluorescerende merkjes. Daarmee konden ze zien dat het scharnier ook echt werkte en dat de zuiger op en neer bewoog in de cylinder. De onderzoekers zijn voorlopig nog wel even bezig met hun molmachines, schat ik.
Bron: Eurekalert